一種多晶硅鑄錠鋪底料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏技術領域，涉及多晶硅制造技術，特別是一種多晶硅鑄錠鋪底料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]在光伏行業(yè)，目前多晶硅鑄錠設備大多數使用半熔工藝，其原理是在陶瓷石英坩禍噴涂氮化硅完畢后，在坩禍底部均勻撒上5~50kg粒徑為l~20mm硅顆粒，顆粒堆積厚度5~50mm左右，在娃料恪化過程中通過控制設備隔熱籠起始開度為50~150mm從而控制熱場頂底溫差，使之從上至下定向熔化，在熔化后階段(即第10~12步)操作人員使用石英玻璃棒測量硅錠底部未熔化籽晶高度，最后以硅錠底部硅顆粒保留高度5~25_左右為宜，所需硅顆粒作為籽晶，起到長晶初期形核作用。半熔工藝的技術難點是:(I)籽晶保留高度難以控制，高溫時硅料熔化速度快，操作人員稍有疏忽錯過測量最佳時機高效硅錠難以做成，保留過高生產成本高，保留過低硅片產品低效比例高。(2)操作人員操作過程中有石英棒斷裂風險，斷裂的石英棒掉在娃錠內會造成裂錠風險。
[0003]另有一種提升硅片光伏轉換效率的方法是在鑄錠過程中使用高效陶瓷石英坩禍，其原理是在陶瓷石英坩禍底部高純處理后噴涂100~130g氮化硅，在噴涂處理后的坩禍底部均勻撒上粒徑為0.5~lmm細小硅顆粒200-250g并使用一定量的高純石英漿料進行固定，在硅顆粒上再次噴涂100~150g氮化硅，鑄錠過程中陶瓷石英坩禍底部細小硅顆粒有一定的形核(籽晶)作用。該方法的技術難點是:(I) 二次噴涂氮化硅量決定硅錠效率，難以控制最佳比例，噴涂量少會造成細小硅顆粒全部熔化，起不到形核作用，噴涂過量會造成氮化硅完全包裹細小硅顆粒，起不到同質形核作用。(2)0.5~1_硅顆粒在鋪底形核過程中由于粒徑較小，形核基礎差，很難得到有效提升。
[0004]總之，目前多晶硅半熔鑄錠工藝仍然存在如下幾方面技術問題，(I)底部形核籽晶無法全部保留，(2)籽晶保留高度受人為操作影響偏差過大，(3).成晶率低，(4)產品品質不穩(wěn)定，光電轉換效率波動性較大，(5)生產成本高。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明針對上述現有技術存在的缺陷，提出了一種多晶硅鑄錠鋪底料，采用該多晶硅鑄錠鋪底料能夠起到很好的籽晶形核作用，使產品成晶率提高，品質穩(wěn)定，光電轉換效率一致性好，生產成本降低。同時提出了該多晶硅鑄錠鋪底料的制備方法和在多晶硅鑄錠中的應用。
[0006]本發(fā)明解決技術問題所采取的技術方案是:
第一個方面，一種多晶硅鑄錠鋪底料，其是硅顆粒表面涂覆氮化硅層的耐高溫硅顆粒。
[0007]作為優(yōu)選，所述娃顆粒的粒徑為3~15mm。
[0008]作為優(yōu)選，所述耐高溫硅顆粒中硅顆粒:氮化硅的質量比為40: 1~5。
[0009]第二個方面，一種如第一個方面所述的多晶硅鑄錠鋪底料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將粒徑為3~15_的硅顆粒放入純凈容器中，然后加入氮化硅粉，攪拌均勻；
(2)再加入硅溶膠與純水的混合溶液，再次充分攪拌；
(3)將將步驟(2)所得顆粒物取出平鋪在無紡布上，放入50~120°C烘箱烘5~50分鐘；
(4)烘干后將顆粒物搓開，形成單獨顆粒，再使用10~150目尼龍篩網將脫落的氮化硅粉篩出，得到顆粒大小均勻的耐高溫硅顆粒。
[0010]作為優(yōu)選，所述步驟(I)中氮化硅粉的加入量以質量百分計為硅顆粒的5°/『15%。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中硅溶膠與純水的混合溶液的加入量以質量百分計為硅顆粒的0.4%~12% ;所述硅溶膠與純水的質量比為1: 1~5。
[0012]第三個方面，如第一個方面所述的多晶硅鑄錠鋪底料的應用，在多晶硅半熔鑄錠工藝中，裝料前，將耐高溫硅顆粒均勻鋪在已噴涂氮化硅的陶瓷石英坩禍底部，全覆蓋，厚度3~20mm，然后進行正常裝料；投爐抽空；加熱后，在硅料熔化過程中調節(jié)鑄錠爐隔熱籠開度為50~70mm，讓熱場形成較大的溫度梯度，上熱下冷，從而保證硅料從上往下定向熔化；在硅料熔化過程中陶瓷石英坩禍底部始終保持過冷即< 1420°C，使耐高溫硅顆粒始終附著于陶瓷石英坩禍底部；硅料全部熔完后，陶瓷石英坩禍底部耐高溫硅顆粒保留1~15_厚度，覆蓋整個陶瓷石英坩禍底表面且非常均勻；進入長晶后，耐高溫硅顆粒起到良好的形核作用。
[0013]本發(fā)明中，耐高溫硅顆粒制備過程中加入硅溶膠與純水的混合溶液，因此，表面的氮化硅層必然含有硅溶膠。
[0014]硅顆粒與正常原生硅熔點一致，均為1420±2°，傳統(tǒng)半熔工藝單純使用硅顆粒鋪置陶瓷石英坩禍底部，在鑄錠爐加熱、熔化過程中因受多種因素影響，一旦籽晶熔完，就不能起到籽晶形核作用。而當硅顆粒表面覆蓋有氮化硅粉時，將會起到保護硅顆粒，使之不會熔化的作用，從而很好的保留住籽晶。氮化硅化學式Si3N4，白色粉狀晶體，熔點1900°C，密度3.44g/cm。氮化硅極耐高溫，受熱后不會熔成融體，直到190(TC才會分解。
[0015]傳統(tǒng)半熔工藝籽晶無法全部保留，成晶率低，效率不穩(wěn)定，本發(fā)明耐高溫硅顆粒，表面涂覆有氮化硅層，因而具有耐高溫性能。作為多晶硅鑄錠鋪底料應用，配合特定的鑄錠工藝，能確保其始終附著于陶瓷石英坩禍底部，待硅料全部熔完后，陶瓷石英坩禍底部耐高溫硅顆?？杀Ａ?~15_厚度，覆蓋整個陶瓷石英坩禍底表面且非常均勻；進入長晶后，耐高溫硅顆粒起到良好的形核作用。最終，因硅錠底部籽晶保留高度低，紅區(qū)平整等優(yōu)點，相比傳統(tǒng)半熔工藝，成晶率可提高4%~6%，A、B區(qū)效率提升更加明顯，A、B、C三區(qū)光電轉換效率趨于一致，從而使產品整體品質得到提升。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:
一種多晶硅鑄錠鋪底料，它是硅顆粒表面涂覆氮化硅層的耐高溫硅顆粒。硅顆粒的粒徑為3~15mm ;娃顆粒:氮化娃的質量比為20:1。
[0017]實施例2:
另一種多晶硅鑄錠鋪底料，它是硅顆粒表面涂覆氮化硅層的耐高溫硅顆粒。硅顆粒的粒徑為3~15mm ;娃顆粒:氮化娃的質量比為30:1。
[0018]實施例3:
又一種多晶硅鑄錠鋪底料，它是硅顆粒表面涂覆氮化硅層的耐高溫硅顆粒。硅顆粒的粒徑為3~15mm ;娃顆粒:氮化娃的質量比為10:1。
[0019]實施例4:
一種多晶硅鑄錠鋪底料的制備方法，包括以下步驟